프로피넷

Profinet
프로피넷
통신 프로토콜
PROFINET rgb 2010.png
목적산업 자동화를 위한 실시간 이더넷
개발자프로피버스 & 프로피넷 인터내셔널
소개2003; 19년 전(2003)
에 기반을 둔이더넷, 프로피버스
OSI층응용 계층
RFCIEC 61784-2, IEC 61158

Profinet(일반적으로 Process Field Net의 portmantu로 표현됨)은 산업용 이더넷을 통한 데이터 통신에 대한 산업 기술 표준으로, 산업 시스템에서 데이터를 수집하고 장비를 제어하기 위해 설계되었으며, 특히 엄격한 시간 제약 하에서 데이터를 전달하는 데 강점이 있다.이 표준은 독일 칼스루에 본부를 둔 산하기관인 프로피버스와 프로피넷 인터내셔널이 유지·지원하고 있다.null

기능성

개요

프로파니넷은 주변기기에 대한 인터페이스를 구현한다.[1][2]그것은 필드 연결 주변 장치와의 통신을 정의한다.그것의 기본은 계단식 실시간 개념이다.프로피넷은 파라미터 설정 및 진단뿐만 아니라 컨트롤러("IO-Controller"라고 함)와 장치("IO-Devices"라고 함) 간의 전체 데이터 교환을 정의한다.IO-컨트롤러는 일반적으로 PLC, DCS 또는 IPC이며 IO-디바이스는 다음과 같이 변경할 수 있다.I/O 블록, 드라이브, 센서 또는 액추에이터Profinet 프로토콜은 이더넷 기반 필드 장치들 간의 빠른 데이터 교환을 위해 설계되었으며 제공자-소비자 모델을 따른다.[1]하위 프로피버스 노선의 필드 디바이스는 IO-프록시(하위 버스 시스템의 대표)를 통해 원활하게 프로피넷 시스템에 통합할 수 있다.null

적합성 클래스(CC)

Profinet이 있는 신청서는 국제표준 IEC 61784-2에 따라 다음 4가지 적합성 등급으로 나눌 수 있다.

  • 적합성 등급 A(CC-A)에서는 장치만 인증된다.제조업체 인증서는 네트워크 인프라에 충분하다.모바일 가입자를 위한 구조 케이블이나 무선 근거리 무선 통신망도 이용할 수 있는 이유다.대표적인 애플리케이션은 인프라(예: 고속도로 또는 철도 터널) 또는 빌딩 자동화에서 찾을 수 있다.
  • 적합성 등급 B(CC-B)는 네트워크 인프라에 인증된 제품도 포함하도록 규정하고 있으며, 프로피넷의 지침에 따라 구조화된다.차폐 케이블은 견고성을 높이고 관리 기능이 있는 스위치는 네트워크 진단을 용이하게 하며 네트워크 토폴로지를 생산 라인이나 기계를 제어하기 위해 원하는 대로 캡처할 수 있게 한다.프로세스 자동화를 위해서는 가용성이 증가해야 하며, 이는 미디어와 시스템 이중화를 통해 달성할 수 있다.장치가 적합성 등급 B를 준수하려면 Profinet을 통해 성공적으로 통신하고, 2개의 포트(통합 스위치)를 가지고 있어야 하며, SNMP를 지원해야 한다.
  • 적합성 등급 C(CC-C)를 사용하면 추가 대역폭 예약 및 응용 프로그램 동기화를 통해 포지셔닝 시스템을 구현할 수 있다.적합성 등급 C 장치는 추가로 Profinet IRT를 통해 통신한다.
  • 적합성 등급 D(CC-D)의 경우 Profinet은 시간 민감 네트워킹(TSN)을 통해 사용된다.CC-C와 동일한 기능을 달성할 수 있다.CC-A와 CC-B와는 대조적으로 컨트롤러와 장치 사이의 완전한 통신(순환 및 주기)은 이더넷 계층 2에서 이루어진다.이러한 목적을 위해 원격 서비스 인터페이스(RSI)가 도입되었다.
프로파일링 적합성 등급의 기능
기능 클래스 A(CC-A) 클래스 B(CC-B) 클래스 C(CC-C) 클래스 D(CC-D)
기본 기능
  • RT-통신
  • 주기적 I/O
  • 매개변수
  • 알람
  • RT-통신
  • 주기적 I/O
  • 매개변수
  • 알람
  • 네트워크 진단
  • 위상 탐지
  • 시스템 이중화
  • RT-통신
  • 주기적 I/O
  • 매개변수
  • 알람
  • 네트워크 진단
  • 위상 탐지
  • 대역폭 예약(IRT)
  • 동기화
  • 매끄러운 미디어 이중화
  • RT-통신
  • 주기적 I/O
  • 매개변수
  • 알람
  • 네트워크 진단
  • 위상 탐지
  • 대역폭 예약(TSN)
  • 동기화
  • 시스템 이중화
  • 매끄러운 미디어 이중화
인증
  • 제어기
  • 장치들
  • 제어기
  • 장치들
  • 네트워크 구성 요소
  • 제어기
  • 장치들
  • 네트워크 구성 요소
  • 제어기
  • 장치들
  • 네트워크 구성 요소
케이블링

IEC 61784-5-3 및 IEC 24702:

  • 구리
  • 광섬유
  • 무선

IEC 61784-5-3:

  • 구리
  • 광섬유

IEC 61784-5-3:

  • 구리
  • 광섬유

IEC 61784-5-3:

  • 구리
  • 광섬유
일반적인 응용 프로그램
  • 유니버설

장치 유형

Profinet 시스템은 다음과 같은 장치로 구성된다.[1]: 3

  • 자동화 태스크를 제어하는 IO-컨트롤러.
  • 필드 디바이스인 IO-디바이스는 IO-컨트롤러에 의해 모니터링 및 제어된다.IO-기기는 여러 모듈과 하위 모듈로 구성될 수 있다.
  • IO-Supervisor는 일반적으로 파라미터를 설정하고 개별 IO-Devices를 진단하기 위한 PC 기반 소프트웨어다.

시스템 구조

최소 Profinet IO-시스템은 하나 이상의 IO-Devices를 제어하는 하나 이상의 IO-Controller로 구성된다.또한 필요한 경우 IO-장치 엔지니어링을 위해 하나 이상의 IO-Supervisor를 일시적으로 켤 수도 있다.null

두 개의 IO-시스템이 동일한 IP 네트워크에 있는 경우, IO-컨트롤러는 입력 신호를 공유 입력으로 공유할 수 있으며, 입력 신호는 IO-디바이스에서 동일한 서브모듈에 대한 읽기 액세스 권한을 갖는다.[1]: 3 [2]이것은 PLC와 별도의 안전 컨트롤러 또는 모션 컨트롤의 결합을 단순화한다.마찬가지로, 전체 IO-디바이스는 공유 디바이스로 공유할 수 있으며,[1]: 11 공유 디바이스에서는 IO-디바이스의 개별 하위odule이 서로 다른 IO-컨트롤러에 할당된다.null

이더넷 인터페이스를 갖춘 각 자동화 장치는 IO-컨트롤러와 IO-디바이스의 기능을 동시에 수행할 수 있다.파트너 컨트롤러용 컨트롤러가 IO-디바이스 역할을 하면서 동시에 주변기기를 IO-컨트롤러로 제어하는 경우 별도의 장치 없이도 컨트롤러 간 작업을 조정할 수 있다.null

관계

IO-컨트롤러와 IO-장치 사이에 AR(Application Relationship)이 설정된다.이러한 AR은 파라미터 전송, 데이터의 주기적 교환 및 경보 처리를 위해 서로 다른 특성을 가진 통신 관계(CR)를 정의하는데 사용된다.[1]: 4 null

공학

IO 시스템의 프로젝트 엔지니어링은[1]: 5 "모양과 느낌" 측면에서 Profibus와 거의 동일하다.

  • IO-디바이스의 속성은 장치 제조업체에서 GSD 파일(General Station Description)로 설명한다.이에 사용되는 언어는 XML 기반 언어인 GSDML(GSD Markup Language)이다.GSD 파일은 Profinet IO 시스템의 구성을 계획하기 위한 기초로서 엔지니어링 환경을 제공한다.
  • 모든 Profinet 필드 장치는 이웃을 결정한다.[1]: 8 이는 추가적인 도구와 사전 지식 없이도 고장이 발생했을 때 현장 장치를 교환할 수 있다는 것을 의미한다.이 정보를 읽음으로써, 보다 명확성을 위해 식물 위상도를 그래픽으로 표시할 수 있다.
  • 엔지니어링은 PROPINET Commander[3] 또는 PRNETTA와 같은 도구로 지원될 수 있다.[4]

신뢰도

중요한 응용 프로그램에도 프로피넷이 점점 더 많이 사용되고 있다.요구되는 기능을 수행할 수 없는 위험이 항상 존재한다.이[5] 위험은 신뢰도 분석에서 확인한 특정 조치에 의해 감소될 수 있다.전경에 다음과 같은 목적이 있다.

  1. 안전: 기능 안전 보장.시스템은 고장이 발생할 경우 안전한 상태로 전환되어야 한다.
  2. 가용성:가용성 향상.고장이 발생한 경우에도 시스템은 필요한 최소 기능을 수행할 수 있어야 한다.
  3. 보안:정보보안은 시스템의 무결성을 보장하는 것이다.

이러한 목표들은 서로를 방해하거나 보완할 수 있다.null

기능안전: 프로피사페

Profisafe[6]그들이 안전 관련 자동화 과제에 안전 무결성까지 레벨 3(올케)IEC61508에 따라 사용할 수 있(비상 정지 버튼, 가벼운 그리드, 부피 방지 장치,...)안전 컨트롤러와 Profinet을 통해 그러한 안전하고 소통시킬 방법 어떻게 안전 관련 장치들을 정의합니다, 성능 수준(PL)ISO에 따라"e". 13849 또는 EN 954-1에 따른 카테고리 4.null

Profisafe는 프로필을 통한,[7] 즉 사용자 데이터의 특별한 형식과 특별한 프로토콜을 통한 안전한 통신을 구현한다.필드버스 어플리케이션 레이어 상단에 별도의 레이어로 설계해 데이터 전송 오류 발생 가능성을 줄인다.Profisafe 메시지는 표준 필드버스 케이블과 메시지를 사용한다.이들은 기본 전송 채널의 오류 감지 메커니즘에 의존하지 않으므로 제어기 내부의 백플레이나 원격 I/O를 포함한 전체 통신 경로의 보안을 지원한다.Profisafe 프로토콜은 다음과 같은 오류 및 장애 감지 메커니즘을 사용한다.

  • 연속번호 부여
  • 시간 초과 모니터링
  • 소스/대상 인증
  • 순환 중복 검사(CRC)

IEC 61784-3-3 표준에 정의되어 있다.null

가용성 향상

고가용성[8](HA)은 공장 및 프로세스 자동화 모두에서 산업 자동화에 있어 가장 중요한 요건 중 하나이다.자동화 시스템의 가용성은 중요한 요소에 대한 중복성을 추가함으로써 증가할 수 있다.시스템과 미디어의 중복성을 구별할 수 있다.null

시스템 이중화

가용성을 높이기 위해 Profinet과 함께 시스템 이중화를 구현할 수도 있다.이 경우 동일한 IO-디바이스(IO-Device)를 제어하는 2개의 IO-컨트롤러가 구성된다.액티브 IO-컨트롤러는 출력 데이터를 기본 데이터로 표시한다.표시되지 않은 출력 데이터는 중복 IO-시스템에서 IO-디바이스에 의해 무시된다.따라서 오류가 발생할 경우 두 번째 IO-컨트롤러는 출력 데이터를 기본 데이터로 표시하여 중단 없이 모든 IO-디바이스에 대한 제어를 수행할 수 있다.두 IO-컨트롤러의 작업 동기화는 Profinet에 정의되어 있지 않으며 중복 제어 시스템을 제공하는 여러 제조업체에 의해 다르게 구현된다.null

미디어 이중화

Profinet은 두 가지 미디어 중복 솔루션을 제공한다.미디어 중복 프로토콜(MRP)은 전환 시간이 50ms 미만인 프로토콜 독립 링 위상 작성을 허용한다.이것은 종종 프로피넷과의 표준 실시간 통신에 충분하다.오류 발생 시 중복성을 시간 지연 없이 전환하려면, "계획 중복에 대한 미디어 중복성"(MRPD)을 매끄러운 미디어 중복성 개념으로 사용해야 한다.MRPD에서 주기적 실시간 데이터는 링 모양의 위상에서 양방향으로 전송된다.데이터 패킷의 타임스탬프는 수신자가 중복된 중복 항목을 제거할 수 있도록 한다.null

보안

Profinet의 IT 보안 개념은[9] 심층[10] 방어 방식을 가정한다.이 접근방식에서 생산공장은 방화벽을 포함한 다단계 경계선에 의해 특히 외부로부터의 공격으로부터 보호된다.또 방화벽을 이용한 구역으로 나눠 발전소 내에서 추가 보호가 가능하다.또한 보안 구성요소 시험은 Profinet 구성요소가 정의된 범위까지 과부하에 대한 내성을 보장한다.[11]이 개념은 ISO 27001에 따른 보안 관리 시스템의 틀 내에서 생산 공장의 조직적 조치에 의해 지원된다.null

응용 프로그램 프로파일

자동화 솔루션에 포함된 장치의 원활한 상호작용을 위해서는 기본 기능 및 서비스에 대응해야 한다.표준화는 기능 및 서비스에 대한 구속력 있는 규격을 가진 "프로파일"[12]에 의해 달성된다.프로피넷과의 통신 가능한 기능이 제한되고 필드 장치의 기능에 관한 추가 사양이 규정된다.이러한 속성은 안전 관련 동작(공통 애플리케이션 프로파일) 또는 장치 클래스 특정 속성(특정 애플리케이션 프로파일)과 같은 장치 간 클래스 속성일 수 있다.[13]사이에 구별이 있다.

  • 로봇, 드라이브(PROPIdrive), 프로세스 장치, 인코더, 펌프 등의 장치 프로파일
  • 실험실 기술 또는 철도 차량에 대한 산업 프로필
  • IO-Link 시스템과 같은 서브시스템 통합을 위한 통합 프로파일

드라이브

PROFIdrive는[14] 드라이브 장치의 모듈형 장치 프로파일이다.1990년대에 제조사와 사용자가 공동으로 개발했으며, 그 이후로 Profibus와 함께 버전 4.0에서 Profinet과 함께 가장 단순한 드라이브 솔루션부터 가장 까다로운 드라이브 솔루션까지 전 범위에 걸쳐 적용했다.null

에너지

또 다른 프로파일의 사람은 에너지 수요의 실시간 모니터링을 위한 서비스를 포함하는 PROFIenergy이다.이는 2009년 독일 자동차 제조업체(Audi, BMW, 메르세데스-벤츠, 포르쉐, 폭스바겐)의 AIDA 그룹에 의해 요청된 것으로, 공장 내 에너지 사용량을 적극적으로 관리하는 표준화된 방식을 원했다.로봇, 레이저 및 심지어 도장 라인과 같은 고에너지 장치와 하위 시스템이 이 프로파일의 대상이며, 이는 예측된(예: 주말 및 종료)과 예상치 못한(예: 고장) 생산 중단을 고려하기 위해 장치를 '절전' 모드로 지능적으로 전환함으로써 발전소의 에너지 비용을 절감하는 데 도움이 될 것이다.null

프로세스 자동화

현대적인 프로세스 장치들은 그들만의 지능을 가지고 있고 자동화 시스템에서 정보 처리의 일부나 전체적인 기능들을 대신할 수 있다.Profinet 시스템과의 통합을 위해서는 가용성 증가 외에도 2와이어 이더넷이 필요하다.[15][16]null

프로세스 장치

PA 장치 프로파일에서는 다른 등급의 프로세스 장치에 대해 프로세스에서 사전 처리된 프로세스 값까지의 센서 신호에서 신호 흐름의 프로세스 장치에 일반적으로 사용되는 모든 기능과 파라미터를 정의하며, 이 기능은 측정된 값 상태와 함께 제어 시스템으로 판독된다.PA Devices 프로필에 다음에 대한 장치 데이터 시트가 포함되어 있음

  1. 압력 및 차압
  2. 수위, 온도, 유량
  3. 아날로그 및 디지털 입력 및 출력
  4. 밸브 및 액추에이터
  5. 분석장비

고급 물리적 계층

이더넷 고급 물리적 계층(Ethernet-APL)[18]은 프로세스 산업의 요구사항을 위해 특별히 개발된 이더넷 통신 기술을 위한 물리적 계층을 설명한다.이더넷-APL의 개발은 고속 및 장거리에서의 통신의 필요성, 공통의 단일 트위스트 페어(2-와이어) 케이블을 통한 전원 및 통신 신호 공급과 폭발 위험 구역 내의 안전한 사용을 위한 보호 조치에 의해 결정되었다.이더넷 APL은 Profinet이 프로세스 계측기에 통합될 가능성을 열어준다.null

기술

프로피넷 프로토콜

Profinet은 OSI 모델의 여러 계층에서[2]: 15 다음과 같은 프로토콜을 사용한다.

OSI 레이어 프로피넷
7a 적용 필드버스 애플리케이션 계층(FAL)
서비스 및 프로토콜		 OPC UA
7b RSI 텅 빈 텅 빈 RPC --
6 프리젠테이션 --
5 세션
4 운송 UDP TCP
3 네트워크 IP
2 데이터 링크 TSN CSMA/CD
1 물리적인 이더넷

레이어 1-2: 주로 100MBit/s 전기(100BASE-TX) 또는 IEEE 802.3에 따른 광학(100BASE-FX)을 장치 연결로 권장한다[19].교차 케이블 사용을 피할 수 있도록 모든 연결에 자동 교차 기능이 필수적이다.IEEE 802에서.1Q 우선 순위 태그가 있는 VLAN이 사용됨따라서 모든 실시간 데이터는 가능한 가장 높은 우선순위 6이 부여되며 따라서 최소 지연으로 스위치에 의해 전달된다.null

Profinet 프로토콜은 모든 이더넷 분석 도구로 기록 및 표시할 수 있다.Wireshark는 Profinet 전보를 해독할 수 있다.null

LLDP(Link Layer Discovery Protocol)는 추가 파라미터와 함께 연장되어, 이웃 검출 외에도, 연결 회선의 신호 전파 시간이 통신할 수 있게 되었다.null

레이어 3-6: RSI(원격 서비스 인터페이스) 프로토콜 또는 RPC(원격 프로시저 호출) 프로토콜이 연결 설정 및 주기 서비스에 사용된다.RPC 프로토콜은 IP 주소의 사용과 함께 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)과 인터넷 프로토콜(IP)을 통해 사용된다.주소 결정 프로토콜(ARP)은 중복 IP 주소 검출과 함께 이를 위해 확장된다.IP 주소 할당에는 DCP(Discovery and Basic Configuration Protocol)가 필수적이다.선택적으로 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)도 이러한 목적으로 사용할 수 있다.RSI 프로토콜에는 IP 주소가 사용되지 않는다.그러므로, 인터넷 프로토콜은 OPC 통합 아키텍처 (UPC UA)와 같은 다른 프로토콜들을 위한 필드 장치의 운영 체제에서 사용될 수 있다.null

레이어 7: Fieldbus Application Layer(FAL)의 서비스에 접속하기 위해 다양한 프로토콜이[1] 정의된다.1 - 10 ms의 범위에서 주기 시간을 갖는 클래스 A&B 애플리케이션을 위한 RT(Real-Time) 프로토콜.애플리케이션 클래스 C에 대한 IRT(비동기식 실시간) 프로토콜은 드라이브 기술 애플리케이션의 경우 1ms 미만의 사이클 시간을 허용한다.이는 또한 동일한 서비스를 통해 시간에 민감한 네트워킹(TSN)을 통해 달성될 수 있다.

적합성 등급 기술

Profinet IO의 기능은 다음과 같은 다양한 기술과 프로토콜을 통해 실현된다.

프로파일링 적합성 등급의 기술 및 프로토콜
기능 기술/프로토콜 CC-A CC-B CC-C CC-D
순환 데이터 교환
Acycy
장치 진단, 경보
장치 식별
위상 정보		 RT
읽기/쓰기 레코드
경보 처리
I&M 0
LLDP		 의무적인 의무적인 의무적인 의무적인
입력에 대한 다중 액세스
컨트롤러로 장치 기능 분할
확장된 장치 식별		 공유 입력
공유 장치
I&M 1-4		 선택적 선택적 선택적 선택적
네트워크 진단
포트 관련 통계		 SNMP
PDEV		 - 의무적인 의무적인 의무적인
시스템 이중화 관제사 2명 - 프로세스 자동화를 위해 필수 사항 선택적 선택적
자동 주소 지정
작업 중 구성 변경
프로세스 데이터의 타임스탬프
미디어 이중화
빠른 재시작		 LLDP, DCP
DR
IEC 61588
MRP
FSU		 - 선택적 선택적 선택적
대역폭 예약 > 250μs 주기 시간 IRT - - 의무적인 -
대역폭 예약 < 250μs 사이클 시간
클럭 동기화
최적화된 작동 모드
대기 시간이 없는 미디어 이중화		 IRT
IRT, PTP
DFP
MRPD		 - - 선택적 -
대역폭 예약
클럭 동기성 100MB
최적화된 작동 모드		 TSN
타스
프레임 선점		 - - - 의무적인

A등급 기술(CC-A)

Profinet의 기본 기능은 생산자로서의 IO-컨트롤러와 생산자로서의 IO-디바이스와 생산자로서의 IO-디바이스, 입력 데이터의 소비자로서 IO-컨트롤러 사이의 주기적인 데이터 교환이다.[1]IO-Controller와 IO-Device 사이의 각 통신 관계 IO 데이터 CR은 데이터 수와 사이클 시간을 정의한다.null

모든 Profinet IO-Devices는 경보 CR에 대한 통신 관계를 통한 장치 진단 및 경보의 안전한 전송을 지원해야 한다.null

또한 기기 매개변수는 주기적 통신 관계 기록 데이터 CR을 통해 각 프로피넷 기기와 함께 읽고 쓸 수 있다.IO-디바이스 고유 식별을 위한 데이터 세트인 I&M 0(Identification and Maintenance Data Set 0)은 모든 Profinet IO-디바이스가 설치해야 한다.선택적으로, 추가 정보는 I&M 1-4로 표준화된 형식으로 저장될 수 있다.null

실시간 데이터(순환 데이터 및 알람)의 경우, 이더넷을 통해 Profinet Real-Time(RT) 전보가 직접 전송된다.UDP/IP는 반복 데이터 전송에 사용된다.null

애플리케이션 관계 관리(AR)

애플리케이션 관계(AR)는 IO-컨트롤러와 제어될 모든 IO-장치 사이에 설정된다.AR 내부에는 필요한 CR이 정의되어 있다.Profinet AR 라이프사이클은 주소 확인, 연결 설정, 파라미터화, 프로세스 입출력 데이터 교환/경보 처리, 종료로 구성된다.null

  1. 주소 확인: Profinet IO-Device는 Profinet 네트워크에서 스테이션 이름으로 식별된다.[note 1]접속 설정, 파라미터화, 경보 처리 등은 UDP(User Datagram Protocol)로 구현되는데, 이 경우 기기에도 IP 주소를 할당해야 한다.스테이션 이름으로 장치를 식별한 후 IO-컨트롤러는 장치에 미리 구성된 IP 주소를 할당한다.
  2. 연결 설정: 연결 설정은 IO-Controller가 IO-Device로 연결 요청을 보내는 것으로 시작한다.연결 요청은 IO-컨트롤러와 IO-장치 사이의 다수의 통신 관계(CR)를 포함하는 애플리케이션 관계(AR)를 설정한다.[2]연결 요청은 AR 및 CR 외에도 IO-Device의 모듈형 구성, 프로세스 IO 데이터 프레임의 레이아웃, IO 데이터 교환의 주기율 및 감시기를 지정한다.IO-Device에 의한 연결 요청을 승인하면 파라미터화가 뒤따를 수 있다.이 시점부터 IO-Device와 IO-Controller 모두 주기적 프로세스 I/O 데이터 프레임을 교환하기 시작한다.프로세스 I/O 데이터 프레임에는 현재 유효한 데이터가 포함되어 있지 않지만, 감시기가 만료되지 않도록 하기 위한 유지 관리 기능이 작동하기 시작한다.
  3. 매개 변수화:IO-컨트롤러는 GSDML(General Station Description Mark-up Language) 파일에 따라 각 IO-Device 하위 모듈에 파라미터화 데이터를 기록한다.모든 하위 모듈이 구성되면 IO-컨트롤러는 매개 변수화가 종료되었음을 신호한다.IO-디바이스는 애플리케이션 준비를 신호로 대응하며, 이를 통해 프로세스 입출력 데이터 교환 및 경보 처리가 가능하다.[2]
  4. 프로세스 IO 데이터 교환/경보 처리:IO-디바이스에 이어 IO-컨트롤러가 유효한 프로세스 I/O 데이터를 주기적으로 새로 고치기 시작한다.IO-컨트롤러는 입력을 처리하고 IO-디바이스 출력을 제어한다.[2]경보 알림은 이벤트와 장애가 발생할 때 IO-컨트롤러와 IO-디바이스 간에 주기적으로 교환된다.[1]
  5. 종료:감시기가 만료되면 IO-Device와 IO-Controller 간의 연결이 종료된다.[2]감시 장치 만료는 IO-컨트롤러 또는 IO-디바이스에 의해 주기적 프로세스 I/O 데이터를 새로 고치지 못한 결과로 발생한다.[1]IO-Controller에서 연결이 의도적으로 종료되지 않은 경우, IO-Controller는 Profinet Application Relation을 다시 시작하려고 시도한다.

B급 기술(CC-B)

클래스 A 기본 기능 외에 클래스 B 장치는 추가 기능을 지원해야 한다.[1]이러한 기능은 주로 Profinet IO 시스템의 커미셔닝, 작동 및 유지보수를 지원하며 Profinet IO 시스템의 가용성을 높이기 위한 것이다.null

SNMP(Simple Network Management Protocol)를 통한 네트워크 진단 지원은 필수 사항.마찬가지로, Profinet의 확장을 포함한 인접 탐지를 위한 링크 계층 탐색 프로토콜(LLDP)은 모든 클래스 B 장치에서 지원되어야 한다.여기에는 네트워크 유지보수를 위한 이더넷 포트 관련 통계 수집 및 제공도 포함된다.이러한 메커니즘으로 Profinet IO 네트워크의 토폴로지는 언제든지 판독할 수 있으며 개별 연결의 상태를 모니터링할 수 있다.네트워크 토폴로지가 알려진 경우, 노드의 자동 어드레싱은 토폴로지의 위치에 의해 활성화될 수 있다.이것은 더 이상 설정을 할 필요가 없기 때문에 유지보수 중에 기기 교체를 상당히 단순화한다.null

IO 시스템의 높은 가용성은 프로세스 자동화 및 프로세스 엔지니어링에서 애플리케이션에 특히 중요하다.이러한 이유로 기존 관계와 프로토콜이 있는 B급 기기에 대해 특별한 절차가 정의되었다.이를 통해 동일한 IO-디바이스에 동시에 액세스하는 두 개의 IO-컨트롤러로 시스템 이중화가 가능하다.또한, IO-Device에 대한 제어력을 잃지 않고 이러한 중복 관계의 도움을 받아 IO-Device 구성을 변경할 수 있는 방법에 대해 규정된 DR(동적 재구성) 절차가 있다.null

C등급 기술(CC-C)

적합성 등급 C(CC-C)의 기능성에 대해서는 IRT(Isocratic Real-Time) 프로토콜이[1] 주로 사용된다.null

대역폭 예약을 통해 100MBit/s의 사용 가능한 전송 대역폭의 일부는 실시간 작업 전용으로 예약된다.시간 다중화 방법과 유사한 절차가 사용된다.대역폭은 고정 사이클 타임으로 나뉘며, 차례로 위상으로 나뉜다.빨간색 단계는 C 등급 실시간 데이터 전용으로 지정되며, 주황색 단계에서는 시간에 중요한 메시지가 전송되고 녹색 단계에서는 다른 이더넷 메시지가 투명하게 통과된다.최대 이더넷 전보가 여전히 투명하게 통과될 수 있도록 하려면 녹색 단계 길이는 최소 125μs여야 한다.따라서 250μs 미만의 사이클 타임은 변경되지 않은 이더넷과 함께 사용할 수 없다.null

31.25μs까지 단축된 사이클 시간을 달성하기 위해, 녹색 단계의 이더넷 전보를 선택적으로 단편화한다.이 짧은 파편들은 이제 녹색 단계를 통해 전달된다.이 단편화 메커니즘은 이더넷의 다른 참가자들에게 투명하므로 인식할 수 없다.null

대역폭 예약에 대해 이러한 버스 사이클을 구현하기 위해서는 스위치를 포함한 모든 참여 장치의 정밀한 클럭 동기화가 최대 편차 1μs로 요구된다.이 시계 동기화는 IEEE 1588-2008(1588 V2) 표준에 따라 정밀 시간 프로토콜(PTP)과 함께 구현된다.그러므로 대역폭 예약에 관련된 모든 장치는 동일한 시간 영역에 있어야 한다.null

여러 축에 대한 위치 제어 애플리케이션 또는 애플리케이션 등급 4 - 6의 PROFIdrive[14] 드라이브 프로필에 따른 위치 조정 프로세스의 경우, 통신이 적시에 이루어져야 할 뿐만 아니라, 프로피넷에 있는 다양한 드라이브의 동작도 조정되고 동기화되어야 한다.응용 프로그램 프로그램을 버스 사이클에 대한 클럭 동기화는 분산형 장치에서 동기적으로 실행되는 제어 기능을 구현할 수 있도록 한다.null

여러 Profinet 기기가 라인(데이지 체인)으로 연결되면 DFP(Dynamic Frame Packing)와의 주기적 데이터 교환을 더욱 최적화할 수 있다.이를 위해 컨트롤러는 모든 장치의 모든 출력 데이터를 단일 IRT 프레임에 넣는다.지나가는 IRT 프레임에서 각 장치는 장치를 위해 의도된 데이터, 즉 IRT 프레임이 점점 짧아진다.다른 장치에서 컨트롤러로 전송되는 데이터의 경우 IRT 프레임이 동적으로 조립된다.DFP의 큰 효율성은 IRT 프레임이 항상 필요한 만큼만 광범위하고 컨트롤러에서 장치로 데이터를 동시에 전이중으로 전송할 수 있다는 사실에 있다.null

D등급 기술(CC-D)

클래스 D는 사용자에게 클래스 C와 동일한 서비스를 제공하며, 이러한 서비스는 IEEE가 정의한 시간 민감 네트워킹(TSN)의 메커니즘을 사용하여 제공된다는 차이점이 있다.null

원격 서비스 인터페이스(RSI)는 인터넷 프로토콜 제품군의 대체품으로 사용된다.그러므로 이 애플리케이션 클래스 D는 IP 주소와 독립적으로 구현된다.프로토콜 스택은 더 작고 미래의 인터넷 버전(IPv6)과 독립적일 것이다.null

TSN은 일관되고, 자급자족적인 프로토콜 정의가 아니라, 애플리케이션별로 거의 임의로 결합할 수 있는 서로 다른 특성을 가진 프로토콜의 집합체다.산업 자동화에 사용하기 위해 IEC/IEEE 표준 60802 "산업 자동화를 위한 공동 프로파일 TSN"에 하위 집합이 작성된다.클래스 D 구현을 위해 Profinet 규격 버전 2.4에서 하위 집합이 사용된다.[20]null

이 규격에서는 다음 두 가지 용도를 구별한다.

  • 동작 제어 및 분산 제어 기술을 사용하는 애플리케이션을 위한 짧은 제한된 지연 시간(비동기식 실시간)의 등시성, 주기적 데이터 교환
  • 일반 자동화 작업을 위한 제한된 대기 시간(순환 실시간)을 가진 순환 데이터 교환

등시 데이터 교환의 경우 참가자의 시계가 동기화되어야 한다.이를 위해, TSN과의[21] 시간 동기화를 위한 IEC 61588에 따른 정밀 시간 프로토콜의 사양이 그에 따라 조정된다.null

텔레그램은 VLAN 태그에 제공된 우선 순위에 따라 대기열로 배열된다.이제 시간 인식 셰이퍼(TAS)[22]는 개별 대기열이 스위치에서 처리되는 클럭 펄스를 지정한다.이는 이등시성, 주기적 데이터를 가장 높은 우선순위로 전송하고, 모든 주기적 데이터보다 먼저 두 번째 우선순위를 갖는 주기적 데이터를 전송하는 시간 간격 절차로 이어진다.이것은 지연 시간과 주기적 데이터의 지터를 감소시킨다.우선순위가 낮은 데이터 전보가 너무 오래 지속되면 우선순위가 높은 순환 데이터 전보에 의해 중단되고 이후 더 전송될 수 있다.이 절차를 Frame President라고[23] 하며 CC-D의 경우 필수 사항이다.null

Profinet 인터페이스 구현

제어기 또는 장치로 Profinet 인터페이스를 실현하기[24] 위해서는 공통 이더넷 인터페이스(100BASE-TX 또는 100BASE-FX)로 충족될 수 없는 Profinet(CC-A 및 CC-B)에 대한 추가 하드웨어 요구사항이 필요하지 않다.보다 간단한 라인 토폴로지를 사용하려면 장치에 포트가 2개 있는 스위치를 설치하는 것이 좋다.null

클래스 C(CC-C) 장치의 실현을 위해서는 정밀 시간 프로토콜(PTP)과의 시간 동기화와 대역폭 예약의 기능성을 갖춘 하드웨어의 확장이 필요하다.클래스 D(CC-D) 장치의 경우 하드웨어는 IEEE 표준에 따른 시간 민감 네트워킹(TSN)의 필수 기능을 지원해야 한다.null

구현[25] 방법은 기기의 설계와 성능 및 예상 수량에 따라 달라진다.대안은.

  • 사내[26] 또는 서비스 프로바이더와 함께 개발
  • 기성 건물 블록 사용 또는 개별 설계
  • 고정 설계 ASIC, FPGA 기술에서 재구성 가능, 플러그인 모듈 또는 소프트웨어 구성 요소로서 실행.

역사

2000년 프로피버스 사용자조직 총회에서 이더넷 기반의 프로피버스 후계자를 위한 첫 구체적인 논의가 이뤄졌다.불과 1년 후, Hanover Fair에서 Component Based Automation(CBA)의 첫 번째 사양이 발표되어 발표되었다.2002년에, Profinet CBA는 국제 표준 IEC 61158 / IEC 61784-1의 일부가 되었다.null

Profinet CBA 시스템은 다양한 자동화 요소로 구성된다.하나의 구성요소는 모든 기계적, 전기적 및 정보 기술 변수로 구성된다.구성 요소는 일반적인 프로그래밍 도구로 생성되었을 수 있다.구성요소를 설명하기 위해, Profinet Component Description(PCD) 파일은 XML로 작성된다. 계획 도구는 이러한 설명을 로드하고 개별 구성요소들 간의 논리적 연결을 허용하여 발전소를 구현한다.null

Profinet CBA의 기본 아이디어는 많은 경우 전체 자동화 시스템을 자율적으로 작동하여 관리할 수 있는 서브시스템으로 나눌 수 있다는 것이었다.구조와 기능성은 동일하거나 약간 변형된 형태의 여러 발전소에서 발견될 수 있다.소위 프로피넷 구성 요소는 일반적으로 관리 가능한 수의 입력 신호에 의해 제어된다.컴포넌트 내에서 사용자가 작성한 제어 프로그램은 필요한 기능을 실행하고 해당 출력 신호를 다른 컨트롤러로 전송한다.컴포넌트 기반 시스템의 통신은 프로그래밍된 것이 아니라 계획되어 있다.Profinet CBA와의 통신은 약 50 ~ 100 ms의 버스 사이클 시간에 적합했다.null

개별 시스템은 이러한 개념이 어떻게 애플리케이션에서 성공적으로 구현될 수 있는지를 보여준다.그러나, Profinet CBA는 시장에서 기대되는 수용을 찾지 못하며 2014년 4월호부터 IEC 61784-1 표준에 더 이상 등재되지 않을 것이다.null

2003년에 Profinet IO(IO = 입력 출력)의 첫 번째 사양이 발표되었다.시장에서 성공을 거둔 프로피버스 DP(DP=분권형 주변기기)의 애플리케이션 인터페이스를 채택해 인터넷의 현행 프로토콜로 보완했다.이듬해에는 등시적 전송을 이용한 연장이 뒤따라 동작 제어 애플리케이션에 적합한 Profinet IO가 된다.Profisafe는 Profinet을 통해서도 사용될 수 있도록 적응되어 있다.2004년 프로피넷에 대한 AIDA의[28] 명확한 약속과 함께, 시장에서의 승인이 주어진다.2006년에 Profinet IO는 국제 표준 IEC 61158 / IEC 61784-2의 일부가 된다.null

중립수치에 따르면 2007년에는 이미 100만 대의 프로피넷 기기가 설치되었고, 이듬해에는 이 수가 2백만대로 두 배 증가하였다.2019년까지 다양한 제조사가 판매한 기기는 총 2600만대가[29] 보고된다.null

2019년, Profinet 규격은 TSN(Time-Sensitive Networking)으로 완성되어 CC-D 순응 등급이 도입되었다.[30]null

추가 읽기

  • Powell, James; Vandelinde, Henry. Catching the Process Fieldbus: An Introduction to Profibus and Profinet. PI North America, download for free.
  • Xiu, Ji (2019-07-12). PROFINET in Practice: Installation, Maintenance, Design and System Engineering. Independently published. ISBN 978-1-07707-721-8.
  • Pigan, Raimond; Metter, Mark (2008-12-03). Automating with PROFINET: Industrial Communication Based on Industrial Ethernet. Publicis. ISBN 978-3-89578-294-7.

메모들

  1. ^ 스테이션 이름은 최대 240자의 사용자가 구성할 수 있는 영숫자 설명이다.

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n "PROFINET System Description". PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. October 2014. Order Number 4.132.
  2. ^ a b c d e f g h Manfred Popp. Industrial communication with PROFINET. PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO). Order no.: 4.182.
  3. ^ "PROFINET Commander – Take Command of your PROFINET Network". profinetcommander.com. Retrieved 2020-04-14.
  4. ^ "PRONETA - PROFINET Portfolio - Siemens Global Website". Retrieved 2020-04-14.
  5. ^ Kirrmann, H. (2005)산업 자동화의 내결함성 컴퓨팅(PDF)
  6. ^ "PROFIsafe System Description". Documentation. Profinet International. 2016. Retrieved 2020-04-01.
  7. ^ "Functional Safety". Learning Modules. Profinet University. Retrieved 2020-04-02.
  8. ^ "System Redundancy". Learning Modules. Profinet University. Retrieved 2020-04-02.
  9. ^ "Security extensions for Profinet". PI White Paper. Profinet International. 2019. Retrieved 2020-04-01.
  10. ^ "Improving Industrial Control System Cybersecurity with Defense-in-Depth Strategies" (PDF). Recommended Practice. Department of Homeland Security. 2016. Retrieved 2020-04-01.
  11. ^ "How to get a certificate for a Profinet device". Test and Certification. Profinet International. 2019. Retrieved 2020-04-01.
  12. ^ "Application Profiles". Learning Modules. Profinet University. Retrieved 2020-04-02.
  13. ^ "List of profils". PI Profile. Profinet International. Retrieved 2020-04-01.
  14. ^ a b "Drives and Motion with PROFINET". PI White Paper. Profinet International. 2012-11-21. Retrieved 2020-04-03.
  15. ^ "PROFINET – The Solution Platform for Process Automation". PI White Paper. Profinet International. 2018. Retrieved 2020-04-03.
  16. ^ "Process Automation". Learning Modules. Profinet University. Retrieved 2020-04-03.
  17. ^ "Process Control Devices". PI Specification. Profinet International. 2018-05-09.
  18. ^ "FieldComm Group, ODVA and PI Provide Joint Update on an Advanced Physical Layer for Industrial Ethernet". Press release. Profinet International. 2019-11-25. Retrieved 2020-04-03.
  19. ^ PROFINET Montage / Cabling and Assembly. PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO). 21 November 2019. Order no.: 8.072, free download.
  20. ^ "Profinet over TSN Guideline". PI Specification. Profinet International. 2019. Retrieved 2019-10-30.
  21. ^ "IEEE 802.1ASrev Timing and Synchronization". 802 Standard. IEEE. 2019. Retrieved 2019-10-31.
  22. ^ "IEEE 802.1Qbv Enhancements for Scheduled Traffic". 802 Standard. IEEE. Retrieved 2019-10-30.
  23. ^ "IEEE 802.1Qbu Frame Preemption". 802 Standard. IEEE. Retrieved 2019-10-31.
  24. ^ "The Easy Way to PROFINET Technology". PI North America. 2019-08-02. Retrieved 2020-04-14.
  25. ^ "Profinet development". Profinet University. 2019-08-02. Retrieved 2020-04-14.
  26. ^ "PROFINET Field Devices: Recommendations for Design and Implementation". PI International. 2018. Order no.: 8.202 free download. Retrieved 2020-04-14.
  27. ^ Profinet, 기술 및 애플리케이션(PDF) Profinet CBA용 시스템 설명의 첫 번째 기록 버전
  28. ^ "AIDA goes PROFINET". Press release. Profinet International. 2004-11-24. Retrieved 2020-04-02.
  29. ^ "PROFIsafe and IO-Link pass the 10 million mark". Press release. Profinet International. 2019-04-01. Retrieved 2020-04-02.
  30. ^ "Next steps along the "PROFINET over TSN" roadmap". Press release. Profinet International. 2019-11-27. Retrieved 2020-04-02.

외부 링크